DE3122828A1

DE3122828A1 - Steuerschaltung zum stoppen buerstenloser gleichstrommotoren

Info

Publication number: DE3122828A1
Application number: DE19813122828
Authority: DE
Inventors: Masaaki Sakai; Mitsugu Atsugi Kanagawa Yoshihiro
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1980-06-06
Filing date: 1981-06-09
Publication date: 1982-06-16
Anticipated expiration: 2001-06-10
Also published as: JPS6353795B2; AT378085B; US4438377A; GB2077530A; FR2484167B1; JPS573589A; GB2077530B; NL191298B; CA1164931A; NL8102770A; FR2484167A1; DE3122828C2; NL191298C; ATA257281A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Motorsteuerschaltung für bürstenlose Gleichstrommotore und insbesondere auf eine Steuerschaltung zum Stoppen oder Abstellen des Gleichstrommotors. Insbesondere ist die vorliegende Erfindung auf eine Schaltung gerichtet, welche durch rein elektrische Mittel verursachen kann, daß der Gleichstrommotor genau abgestellt wird.

Stand der Technik

Bei einem herkömmlichen bürstenlosen Gleichstrommotor wird entweder eine mechanische Bremse oder eine elektromechanische Bremse zum Stoppen des Motors verwendet. Solche mechanische und elektromechanische Bremsen haben einen ausgesprochenen Nachteil, der darin besteht, daß die an den Motor angelegte Bremskraft sich mit den Änderungen der mechanischen Belastung und mit den Temperaturveränderungen dratisch ändert. Darüber

hinaus neigt infolge der Tatsache, daß der Motor und die ihm zugeordnete Bremse einer Alterung und dem Verschleiß unterworfen sind, die Größe der Bremskraft zu Schwankungen.

Bei einer Anordnung derartiger herkömmlicher Motore wird eine mechanische Bremsbelastung jederzeit während des Betriebes auferlegt. Während bei einer derartigen Anordnung der Motor rasch gestoppt werden kann, hat diese Anordnung einen ernsthaften Nachteil, der darin besteht, daß eine konstante Bremskraft überwunden werden muß, um den Motor anzutreiben, wobei zusätzliche Energie bei der Überwindung dieser Kraft verbraucht wird, und zwar sogar dann, wenn der Motor mit einer konstanten Drehzahl betrieben wird.

Ein bürstenloser Gleichstrommotor kann andererseits auch mit einer mechanischen Bremse versehen sein, welche nur beim Stoppen verwendet wird. Während diese Anordnung den wünschensiverten Vorteil hat, der darin besteht, daß die Notwendigkeit von Energie zur Überwindung einer konstanten Bremskraft entfällt, hat sie nichtsdestoweniger den Vorteil, der darin besteht, daß bewegliche Teile, welche dem Verschleiß und Bruch unterworfen sind, erforderlich sind. Darüber hinaus ist ein Solenoidplunger oder dgl. zum Antreiben des Bremsmechanismus erforderlich. Die Anordnung mit diesem Plunger ist ziemlich sperrig und unhandlich und muß sorgfältig konstruiert sein, um ausreichend betriebssicher zu sein, da der Plunger jederzeit bereit sein muß, obwohl er nur beim Bremsen erforderlich ist.

Wird nun der bürstenlose Gleichstrommotor beispielsweise als Bandantriebsmotor in einem Video-Bandaufnahmegerät zum Bandmitschneiden verwendet, so muß der Abstellpunkt des Motors genau vorbestimmt werden. Falls somit eine elektroraechanisehe Bremse verwendet wird, so muß die Zeit der Anwendung des Plungers oder der Tauchkernspule zum Antreiben des Brems-

mechanismus mit großer Genauigkeit vorbestimmt sein. Dies erfordert gewöhnlich eine genaue Handeinstellung.

Wird nun eine mechanische Bremse bei einem derartigen Bandantriebsmotor verwendet, so ist es möglich, daß die Stoppstellung desselben infolge von Verschiebungen von Außenkräften, wie*z.B. der Bandrückspannung, verschoben wird. In solchem Falle neigt der Motor dazu, an einer unrichtigen Stelle zu stoppen. Daher haben diese herkömmlichen Bremssysteme den Vorteil, der darin besteht, daß die Stoppstellung, obwohl sie zunächst richtig eingestellt worden war, nachfolgend dazu neigt, sich zu verändern.

Die der Erfindung zugrundeliegende--Aufgabe

Demgemäß ist das Ziel der vorliegenden Erfindung die Schaffung einer Steuerschaltung zum Stoppen eines Gleichstrommotors, wodurch die Nachteile der obenerwähnten Anordnungen nach dem Stand der Technik beseitigt werden.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist ferner die Schaffung einer Steuerschaltung zum Stoppen von Gleichstrommotoren, bei welcher eine elektrische Schaltungsanordnung verwendet wird, um den genauen Abstellpunkt eines Motors zu bestimmen.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist ferner die Schaffung einer Steuerschaltung zum Stoppen von Gleichstrommotoren, welche eine einfache Konstruktion aufweist und durch welche der zugeordnete Motor schnell und genau gestoppt werden kann.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist ferner die Schaffung einer Steuerschaltung zum Stoppen von Gleichstrommotoren, welche zur Verwendung bei einem Video-Bandaufnahmegerät geeignet ist und das genaue Mitschneiden eines Video-Bandes erleichtert.

Nach einem erfindungsgeraäßen Aspekt ist eine Antriebssteuerschaltung zur Verwendung bei einem bürstenlosen Gleichstrommotor vorgesehen, mit einer Antriebsschaltung für zweiseitig gerichtete Drehung zum Anlegen elektrischen Stromes an den Gleichstrommotor in jeweils einer von zwei entgegengesetzten Richtungen, einer Servoschaltung zum Senden eines Servoausgangssignals an die Antriebsschaltung zur Steuerung der Phase und Drehzahl des Gleichstrommotors und mit einem diesem zugeordneten Drehungsdetektor zum Zuführen eines Phasensignals an die Servoschaltung, dessen Größe und Qualität den elektrischen Drehwinkel der Motorwelle anzeigen. Eine solche Antriebssteuerschaltung weist eine Stoppsteuerschaltung auf, die aus einer Verstärkerschaltung gebildet ist, die einen Eingang hat, der mit dem Drehungsdetektor verbunden ist, sowie einen Ausgang, der eine Ausgangsspannung erzeugt, welche sich mit dem Phasensignal verändert, sowie einen steuerbaren Schalter mit einem normalerweise geschlossenen Eingang, der mit der Servoschaltung verbunden ist, sowie einem normalerweise offenen Eingang, der mit der Verstärkerschaltung verbunden ist. Der Ausgang des steuerbaren Schalters ist mit der Antriebsschaltung für zweiseitig gerichtete Drehung verbunden. Im Normalbetrieb führt der steuerbare Schalter das Servoausgangssignal der Antriebsschaltung, wobei jedoch nach einem Stoppbefehl er statt dessen die Ausgangsspannung aus dem Verstärker der Antriebsschaltung zuführt, um den Motor zu stoppen.

Bei einer Alternativausführungsform kann der Drehungsdetektor ein erstes und ein zweites Detektorelement aufweisen, die voneinander durch einen elektrischen Winkel verschoben sind, der ein ungerades Vielfaches von U· ist. Die Verstärkerschaltung kann dann einen invertierenden Verstärker und einen nichtinvertierenden Verstärker aufweisen, wovon jeder einen Eingang hat, der mit dem ersten Detektorelement verbunden ist,

ferner einen Schaltkreis mit an den Ausgang des invertierenden Verstärkers und an den Ausgang des nichtinvertierenden Verstärkers entsprechend angeschlossenen Eingängen, sowie mit einem Ausgang, der mit dem normalerweise offenen Eingang des steuerbaren Schalters verbunden ist.

Die Stoppsteuerschaltung enthält auch einen Vergleicher mit einem Eingang, der mit dem zweiten Detektorelement verbunden ist, sowie einem Ausgang,der mit einer Steueranschlußklemme des Schaltkreises verbunden ist. Bei dieser Anordnung werden zwei stabile Stoppunkte für jeden elektrischen Drehungswinkel von 2 JT erzielt. Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Anordnung ist die Verstärkerschaltung aus einem Differentialverstärker gebildet, der Differentialeingänge hat, die mit dem ersten bzw. zweiten Detektorelement verbunden sind, sowie einem Inverter, der mit dem Ausgang des Differentialverstärkers verbunden ist. Ein Schaltkreis hat Eingänge, die mit dem Ausgang des Differentialverstärkers und mit dem Ausgang des Inverters verbunden sind, wobei sie auch einen Ausgang aufweist, der mit dem normalerweise offenen Eingang des steuerbaren Schalters verbunden ist. Das erste bzw. zweite Detektorelement sind durch ein Addiernetzwerk mit einem Vergleicher verbunden, der dann ein Schaltsignal dem Schaltkreis zuführt. Bei dieser Anordnung wird jeder Fehler vermieden, der infolge einer Gleichstromabsetzung im ersten bzw. zweiten Detektorelement entstehen kann.

In den beigefügten Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform;

Fig. 2Autid 2B Wellenformendiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise der Ausführungsform gemäß Fig. 1;

Fig. 3 ein Schaltbild einer zweiten erfindungsgemäßen

Ausführungsform;

Fig. 4A - ^P Wellenformendiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise der Ausfuhrungsform gemäß Fig. 3»

Fig. 5 ein Schaltbild einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform ;

Fig. 6k - 6e Wellenformendiagramme zur Erläuterung der Arbeitsweise der Ausführungsform gemäß Fig. 5·

Nähere Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Bezugnehmend auf die Zeichnungsfiguren und zunächst auf Fig. 1, zeigt diese einen bürstenlosen Gleichstrommotor 10 mit einer Welle 20, welche die Drehachse des Motors 10 bildet. Eine Anordnung 30 zur Ermittlung der WinkelverSchiebung der Motorwelle ist aus einem Fühlermechanismus ^O und einer drehbaren Signalgebervorrichtung 50 gebildet, welche auf der Welle 20 gelagert ist. Bei dieser Ausführungsform ist der Fühler ^O eine Magnetowiderstandsvorrichtung, während die drehbare Signalgebervorrichtung 50 einai|drehbaren Signalmagnet bildet. Ein Beispiel der Detektoranordnung 30 ist die Magnetwiderstandsanordnung, welche von der Sony Corporation unter dem Warenzeichen DME vertrieben undteispielsweise in der US-PS Nr. 4 053 829 (T. Maruo) beschrieben ist. Alternativanordnungen der Anordnung 30 zur Ermittlung der Winkelverschiebung können einen optischen Winkeldetektor oder eine Anordnung aufweisen, welche einen Hall-Effekt-Detektor als Fühler 40 aufweist. Jede beliebige gleichwertige Detektoranordnung könnte Verwendung finden, vorausgesetzt, daß der Fühler 4-0 eine Motorphaseninformation, beispielsweise als ein Gleichstrompegel, liefern kann, und zwar sogar dann, wenn der Motor gestoppt ist.

Eine Antriebsschaltung 60 für zweiseitig gerichtete Drehung ist mit dem Anker des Motors 10 verbunden. Bei dieser Ausführungsform hat die Antriebsschaltung 60 einen NBN-Transistor

- ίο -

61 und einen P-N-P-Transistor 62, welche in Reihe geschaltet sind. Die Basis der Transistoren 61 bzw. 62 ist miteinander verbunden, um eine Eingangsanschlußklemme zu bilden, während ihre Emitter mit dem Anker des Motors 10 miteinander verbunden sind. Der Kollektor des Transistors 61 ist mit einer Positivspannungsquelle +V_nn verbunden, während der Kollektor

GC

des Transistors 62 mit einer Negativspannungsquelle -V verbunden ist.

Eine Servoschaltung 70, welche eine beliebige herkömmliche Bauart haben kann, hat einen Eingang, der mit dem Fühler ^O verbunden ist, sowie einen Ausgang, der normalerweise mit dem Eingang der Antriebsschaltung 60 verbunden ist, um ihr ein Servosignal S zuzuführen. Wie in Fig. 2A gezeigt, erzeugt der Fühler 40 ein sinusförmiges Ausgangssignal oder Phasensignal FG, dessen Pegel sich im allgemeinen als der Sinus des elektrischen Drehwinkels der Welle 20 ändert. Die Servoschaltung 70 erzeugt die Servosignale S in Abhängigkeit von dem Phasensignal FG, so daß die Phase und Drehzahl des Motors 10 richtig gesteuert wird, wenn der Motor entweder in der Vorwärts- oder der Rückwärtsrichtung angetrieben wird.

Bei dieser Ausführungsform hat eine Bremssteuerschaltung 80 einen invertierenden Verstärker, der aus einem Betriebsverstärker 81 und einem mit ihm verbundenen Vorspannungsnetz 82 gebildet ist. Der Betriebsverstärker 81 hat einen Pluseingang, der mit Erde verbunden ist, sowie einen Minuseingang, der durch das Netz 82 mit SBinem Ausgang sowie mit dem Fühler 40 verbunden ist, um das Phasensignal FG zu empfangen. Der Ausgang des Betriebsverstärkers 81 erzeugt dann ein Bremssignal D , welches im allgemeinen das Umgekehrte des Phasensignals FG ist. Ein steuerbarer Schalter 90 ist vor der Antriebsschaltung 60 angeordnet und hat einen Ausgang, der mit dem Eingang der Antriebsschaltung 60 verbunden ist. Der Schalter 90 hat auch einen normalerweise geschlossenen Eingang, der

-limit dem Ausgang der Servoschaltung 70 verbunden ist, sowie einen normalerweise offenen Eingang, der mit dem Ausgang des Verstärkers 81 verbunden ist. Ein Stoppsteuersignaleingang 100 ist mit einer Steueranschlußklemme des Schalters 90 verbunden, so daß ein Stoppsteuersignal S daran angelegt werden kann, um den Motor 10 genau zu bremsen.

Wie bereits erwähnt, ändert sich das in Fig. 2A gezeigte Phasensignal PG sinusförmig mit der Motorphase, so daß es bei elektrischen Winkeln von beispielsweise 0,jf , 2jT usw. einen Nullwert hat. Das Phasensignal FG hat Positivwerte für Motorphasen zwischen 0 und jj, zwischen 2JJ und 3JJ und daraufhin in regelmäßigen Intervallen. Gleichfalls hat das Phasensignal FG Negativwerte in den Zwischenintervallen, nämlich zwischen jf und 2JT und in den nachfolgenden abwechselnden Intervallen.

Wie in Fig. 2B gezeigt, ist die Antriebsspannung E_, welche an den Stator des Motors 10 angelegt ist, dann, wenn das Stoppsteuersignal S an die Anschlußklemme 100 und das Bremssignal D_ an die Eingangsanschlußklemme der Antriebsschaltung 60 angelegt wird, zum Wert des Phasensignals FG umgekehrt proportional.

Da insbesondere das Bremssignal Ό_σ ein sinusförmiges Signal mit einem Durchschnittspegel von 0 Volt ist, wird der Transistor 61 für abwechselnde (positive) Halbzyklen eingeschaltet, während der Transistor 62 für die dazwischenliegenden (negative) Halbzyklen eingeschaltet wird.

Da der Durchschnittsgleichstrompegel der Spannung ES Null ist, stoppt der Motor 10 schnell. Da ferner die angelegte Spannung E_g an den Nulldurohgangspunkten P-,, Q-,, P₂, Q₂ (Fig. 2B) Null ist, so neigt der Motor dazu, an einem dieser Punkte zum Stillstand zu kommen.

Es dürfte ersichtlich sein, daß die hier beschriebene und in Fig. 1 gezeigte Anordnung nach einem Stoppsteuersignal S bewirkt, daß der Motor 10 schnell abgeschaltet wird, und daß er genau an einem der obenerwähnten Nulldurchgangspunkten stoppt.

Hier wird angenommen, daß der Motor gestoppt worden ist, nachdem er in der Positiv- oder Vorwärtsrichtung angetrieben wurde.

In der Nachbarschaft der Nulldurchgangspunkte P,, P₂ usw. entsprechend den elektrischen Winkeln von 0, 2J"usw. bewirken Abweichungen von diesen Nulldurchgangspunkten, daß die Antriebsspannung E„ im Sinne des Antreibens des Motors rückwärts in Richtung auf diese NulldurchgangsStellungen P,, P₂ usw. angelegt wird. Mit anderen Worten, werden in der Nachbarschaft der Stellungen P₁, P„ usw. größere Abweichungen entsprechend bewirken, daß größere Ströme in den Stator fließen, wobei die Rotormagnete des Gleichstrommotors stärker angezogen werden, um zu den Stellungen P,, Pp usw. zurück zuke hren.

In der Nachbarschaft der abwechselnden Nulldurchgangsstellungen Q₁, Q₂ usw. zeigen jedoch die Spannungen die Tendenz, sich in dem entgegengesetzten Sinn zu ändern, so daß dann die Lage so ist, daß je größer die Abweichung der Motorwelle von diesen NulldurchgangsStellungen Q₁, Q₂ usw. ist, desto stärker werden die Rotormagnete des Motors 10 von diesen Stellungen Q₁, Q₂ usw. abgestoßen.

Infolgedessen wird der Motor 10 die Tendenz zeigen, an den Stellungen P₁, P₂ usw. zu stoppen, wobei jedoch er nicht an den Stellungen Q₁, Q₂ usw. stoppt. Daher ergibt jeder Zyklus, d.h. für einen drehungsmäßigen elektrischen Winkel von 2^dIe Ausführungsform gemäß Fig. 1, einen einzelnen

- 13 stabilen Stoppunkt P₁, P„ usw.

Hierbei ist zu beachten, daß an den Stoppunkten P₁, Pg usw. der Antriebsstrom E„ auf null Volt gehalten wird. Somit wird

dann, wenn der Motor gestoppt wird, kein Strom von der Antriebsschaltung 6 verbraucht.

Solang das Stoppsteuersignal S an die Anschlußklemme 100 angelegt ist, wird ferner bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 der Motor in einer stabilen Stoppstellung P₁, P₂ usw. gehalten. Der Motor wird genau an einer solchen Stellung P₁, Ρ« usw. gehalten, und zwar sogar dann, wenn ein Geräuschsignal in der Schaltungsanordnung mit dem Fühler 40 und dem Betriebsverstärker 81 erscheint, wobei der Motor sich von seiner Stoppstellung nicht drehen wird.

Fig. 3 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform, bei welcher zwei stabile Stoppstellungen für jeden Zyklus, d.h. für jede Drehung von 2JgT des elektrischen Winkels erreicht werden.

Elemente in Fig. 3 entsprechend ähnlichen Elementen der Ausführungsform gemäß Fig. 1 sind mit denselben Bezugszeichen versehen, so daß eine nähere Beschreibung derselben entfällt.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 sind zwei Stellungsfühlerelemente 41 und 42 vorgesehen, die in einer elektrischen Winkeltrennung von 90° oder ^- angeordnet sind. Es ist jedoch hierbei zu beachten, daß diese Fühlerelemente 41 und in einer beliebigen ungeraden Vielfachanordnung derselben angeordnet werden können, wie z.B. bei 270° ( «^ ) oder ° ( I^ ). Das Fühlerelement 41 ähnlich dem Fühler 40 bei

der vorherigen Ausführungsform ergibt das Phasensignal FG gemäß Fig. 4A, das sich wie der Sinus des elektrischen Winkels der Rotorwelle 20 ändert. Das Fühlerelement 42 liefert

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ein zweites oder zusätzliches Phasensignal PGS gemäß Pig. JfD, welches dem Phasensignal FS um 90° oder jr bezug auf den elektrischen Winkel nacheilt.

Die Bremssteuerschaltung 80' enthält einen Inverter, der aus einem Arbeitsverstärker 81' und einem Vorspannungsnetz 82' besteht, welche im allgemeinen ähnlich den entsprechenden Elementen gemäß Fig. 1 angeordnet sind. Der Arbeitsverstärker 81' empfängt das Phasensignal FG an seinem Minuseingang und ergibt ein invertiertes Ausgangssignal D_e an seinem Ausgang gemäß Fig. 4. Ein nichtinvertierender Verstärker ist parallel zu dem invertierenden Verstärker geschaltet und aus einem Arbeitsverstärker 83 und einem Vorspannungsnetz 84 gebildet, welche daran gekoppelt ist. Der Arbeitsverstärker 83 hat einen Pluseingang, der angeschlossen ist, um das Phasensignal FG zu empfangen, während sein Minuseingang durch das Vorspannungsnetz 84 an seinen Ausgang und an Erde angeschlossen ist. Der Ausgang des nichtinvertierenden Verstärkers 83, 84 ergibt ein nichtinvertiertes Ausgangssignal D gemäß Fig. 4C.

Die Bremssteuerschaltung 80' enthält ferner eine Vergleicherschaltung, welche hier aus einem Arbeitsverstärker 85 gebildet ist. Dieser Arbeitsverstärker 85 hat einen Minuseingang, der mit dem Fühlerelement 42 zum Empfang des zweiten Phasensignals FGS verbunden ist, sowie einen Pluseingang, der zum Empfang einer Bezugsspannung angeschlossen ist. Bei dieser Ausführungsform wird die Bezugsspannung von dem Schleifer eines veränderlichen Widerstandes oder Potentiometers 86 angelegt, dessen Widerstandselement zwischen die Positiv- ,. Spannungsquelle +7_n/1 und die Negativspannungsquelle -V„„ ge-

CC CC

schaltet ist. Die Ausgangsanschlußklemme des Vergleicherarbeitsverstärkers 85 ergibt ein Schaltsignal SW gemäß Fig. 4e, welches einen hohen Wert hat, wenn das zweite Phasensignal FGS die Bezugsspannung, welche von dem Schleifer des Widerstandes 86 geliefert wird, unterschreitet, wobei es einen niederen Wert hat, sobald das Phasensignal FGS diese Bezugsspannung

überschreitet. Es versteht sich, daß bei einem Vergleich der Fig. 4a und ^E das Schaltsignal SW die Werte von dem hohen Wert zum niedrigen Wert an den positiven Spitzenwerten des Phasensignals FG ändert und sich vom niedrigen zum hohen Wert an den negativen Spitzenwerten desselben ändert.

Der veränderliche Widerstand 86 ist derart vorgesehen, daß die an den Pluseingang des Vergleicherarbeitsverstärkers angelegte Bezugsspannung im Sinne eingestellt werden kann, um eine beliebige gleichstromverschobene Spannung auszugleichen.

Ein Schaltkreis 87 ist ferner vorgesehen, wobei seine entsprechenden Eingangsanschlußklemmen mit den Ausgängen der Arbeitsverstärker 81' bzw. 83 verbunden sind, während eine Steueranschlußklemme mit dem Ausgang des Vergleicherarbeitsverstärkers 85 verbunden ist und ein Ausgang angeschlossen ist, um ein Bremssignal D_M an eine Eingangsanschlußklemme des steuerbaren Schalters 90 anzulegen.

Bei dieser Ausführungsform ist das Bremssignal D„ aus abwechselnden Abschnitten der invertierten Signale D₃ und des nichtinvertierten Signals D₃ gemäß Fig. 4F gebildet. Mit anderen Worten, hat infolge der Tatsache, daß sich das Schaltsignal SW in der Mitte zwischen den Nullübergangspunkte der Signale D₃ und D₃ ändert, das sich ergebende Bremssignal D^ eine im allgemeinen sägezahnähnliche Form, deren Pegel sich vom positiven zum negativen Wert ändert, sobald die Nullübergangspunkte P_Q erreicht werden. Das Bremssignal D_M hat auch einen durchschnittlichen Gleichstromwert von 0, so daß der resultierende Antriebsstrom aus der Antriebsschaltung 60 ebenso gleich Null ist, sobald das Stoppsteuersignal S an den Eingang 100 angelegt wird. Daher wird verursacht, daß der Motor rasch gestoppt und an einen der Stoppunkte P_Q gemäß Fig. ^F zum Halten gebracht wird.

- 16 Da ferner zwei Stoppunkte für jeden vollständigen

■I_l*

der einen elektrischen Winkel von 2jj darstellt, vorhanden sind, kann der Motor 10 mit größerer Genauigkeit als bei der vorherigen Ausführungsform gemäß Pig. I gestoppt werden. Mit anderen Worten, sind infolge der Tatsache, daß die Antriebsspannung Eg aus der Antriebsschaltung 60 während eines Bremsvorganges im Sinne des Antreibens des Rotors 20 in Richtung auf den nächstliegenden Nulldurchgangspunkt angelegt wird, sämtliche Nulldurchgangspunkte P~ stabile Stoppstellungen.

Fig. 5 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform, bei welcher die Elemente, welche jenen ähnlich sind, die in den Figuren für die vorher beschriebenen Ausführungsformen gezeigt sind, mit denselben Bezugszeichen versehen sind, so daß eine nähere Beschreibung derselben entfällt. Bei dieser Ausführungsform genau wie bei der vorherigen Ausführungsform gemäß Fig. 3 sind zwei Fühlerelemente kl' und 42' vorgesehen, um entsprechende Phasensignale FG und FGS zu liefern, die

ff

voneinander durch ein ungerades Vielfaches von ^ phasenmäßig getrennt sind. Bei dieser Ausführungsform sind die Phasensignale FG und FGS differential kombiniert, um das Bremssignal D'_M zu erzeugen, während die Fühlerelemente 41' und 42' in einem elektrischen Winkel von ^ vor der Nullstellung der Rotorwelle 20 bzw. in einem elektrischen Winkel von 2£ hinter dieser Stellung angeordnet sind.

Die Bremssteuerschaltung 80" ist hier so vorgesehen, daß ie ein Bremssignal D'„ in Abhängigkeit von den beiden Phasensignalen FG bzw. FGS in einer Form erzeugt, bei welcher jeder Fehler infolge der gleichstromverschobenen Spannung in den Magnetflußfühlerelementen beseitigt wird, wodurch die Notwendigkeit einer manuellen Einstellung der Schaltung entweder durch den Hersteller oder den Verbraucher auf ein Minimum herabgesetzt wird.

Die Bremssteuerschaltung 80" enthält einen Arbeitsverstärker 181, der als Differentialverstärker vorgesehen ist. Ein Vorspannungsnetz 182 ist mit dem Fühlerelement 41·, mit dem Minuseingang des Arbeitsverstärkers 181 und mit seinem Ausgang verbunden, während ein Vorspannungsnetz 183 mit dem Fühlerelement 42', dem Pluseingang des Arbeitsverstärkers 181 und mit Erde verbunden ist. Infolgedessen ergibt der Arbeitsvers tärker an seiner Ausgangsanschlußklemme ein Differenzsignal D_D gemäß Fig. 6A. Dieses Ausgangssignal D_D kann als

D_D » FGS-FG - FSG+FG

worin FG das Umgekehrte des Phasensignals FG darstellt. Hierbei ist zu beachten, daß das Ausgangssignal D^ dem Umgekehrten des Phasensignals FG um 4-5° voreilt, jedoch dem Phasensignal FGS ähnlich um 45° nacheilt.

Ein invertierter Verstärker, der aus einem Arbeitsverstärker 184 und einem Vorspannungsnetz 185 gebildet ist, sowie die Minusanschlußklemme des Verstärkers 184 sind angeschlossen, um das Ausgangssignal D₀ aus dem Ausgang des Arbeitsverstärkers 181 zu empfangen. Der Arbeitsverstärker 184 ergibt an seiner eigenen Ausgangsanschlußklemme ein invertiertes Ausgangssignal ÜL gemäß Fig. 6B. Das Ausgangssignal D_D wird an eine Eingangsanschlußklemme eines Schaltkreises 87' angelegt, während das invertierte Ausgangssignal EL an die andere Eingangsanschlußklemme desselben angelegt wird. Ein Vergleicherarbeitsverstärker 85' ist in einer Art angeordnet, welche ähnlich derjenigen des entsprechenden Vergleicherarbeitsverstärkers gemäß Fig. 3 vorgesehen ist, um ein Schaltsignal SW der Eingangsanschlußklemme des Schaltkreises 87' zuzuführen. Dieser Arbeitsverstärker 85' ist mit seiner Plusanschlußklemme mit dem Schleifer eines veränderlichen Widerstandes 86· verbunden, welcher angeordnet ist, um die Einstellung seines Umschaltpunktes zu ermöglichen und um etwaige gleichstromverschobene Spannungen auszugleichen. Der

Minuseingang des Arbeitsverstärkers 85' ist durch ein Widerstand saddiernet ζ 88 mit den beiden Fühlerelementen 41' bzw. 42' verbunden. Dieses Netz 88 ist aus Gleichwertwiderständen R₁ bzw. R« gebildet, welche die Minuseingangsanschlußklemme des Verstärkers 85' mit dem Fühlerelement kl' bzw. 42' verbinden. Infolgedessen wird ein Summensignal S« aus der Summe der Phasensignale FG und FGS gemäß Fig. 6C gebildet und der Minusanschlußklemme des Vergleicherarbeitsverstärkers 85' zugeführt. Dieses Summensignal S_M ist in Phase durch ■κ jeweils von dem Ausgangssignal D_D und dem invertierten Ausgangssignal D"_D getrennt, so daß das Summensignal S„ Nulldurchgangspunkte an den Enden der Signale D bzw. EL hat. Infolgedessen ist das aus dem Ausgang des Vergleicherarbeitsverstärkers 85' gelieferte Schaltsignal SW während der Zeitspanne, in welcher das Ausgangssignal D_D von seinem positiven Ende auf sein negatives Ende herab reduziert wird, hoch, wobei es niedrig ist, wenn das invertierte Ausgangssignal D_ß von seinem positiven Ende zu seinem negativen Ende abnimmt. Infolgedessen ergibt der Schaltkreis 87' das im allgemeinen sägezahnförmige Bremssignal D'„ gemäß Fig. 6E. Wie bei der vorherigen Ausführungsform gemäß Fig. 3 gewährleistet die Ausführungsform gemäß Fig. 5» daß der Motor 10 rasch gestoppt wird, und zwar an einem der beiden Stoppunkte P_Q in jedem Drehzyklus des elektrischen Winkels 2 3Γ. Da ferner die Differenz zwischen den beiden Phasensignalen FG und FGS verwendet wird, um die Ausgangssignale D_ß und D_D zu erzeugen, und zwar sogar dann, wenn die Phasensignale FG und FGS eine gleichstromverschobene Spannung aufweisen, wird die Wirkung einer derartigen verschobenen Spannung größtenteils eliminiert.

Von den Erfindern in diesem Falle durchgeführte Versuche haben gezeigt, daß der Motor 10 tatsächlich innerhalb der ersten Zyklen des Phasensignals FG gestoppt wird, sobald das Stoppsteuersignal S an die Anschlußklemme 100 angelegt wird. Werden ferner die Ausführungsformen gemäß den Fig. 3 und 5

verwendet, so da/3 die Anzahl der stabilen Stoppunkte P_Q erhöht wird, so wird der Motor 10 sogar noch schneller gestoppt. Bei irgendeiner der vorherigen Ausführungsformen gemäß den Fig. 1, 3 oder 5 kann das Stoppen des Motors 10 durch eine rein elektrische Wirkung gestoppt werden, und zwar ohne jede Notwendigkeit, auf irgendeine mechanische oder elektromechanische Bremsvorrichtung zurückzugreifen. Infolgedessen ändert sich die erfindungsgemäß erzielte Bremswirkung weder mit Änderungen der Temperatur noch mit der Alterung der Einrichtung, wie es aber sonst der Fall bei den mechanischen und elektromechanischen Bremseinrichtungen ist. Infolgedessen kann eine Stoppsteuerung mit großer Zuverlässigkeit und Genauigkeit durchgeführt werden.

Sobald der Motor 10 gestoppt wird, ändert sich darüber hinaus die Ruhestellung nicht, und zwar sogar dann, wenn ein äußeres Geräuschsignal irgendwie erfolgt.

Bei der erfindungsgemäßen Bremseinrichtung sind ferner die Ruhestellungen P_Q bzw. P,, P₂ usw. durch gleiche Drehwinkel getrennt. Infolgedessen ist der Drehwinkel der Motorwelle zwischen einer Stoppstellung und der nächsten stets konstant. Daher kann das Stoppen des Motors 10 bei jeder beliebigen Stellung leicht und genau durchgeführt werden. Falls die MotorStoppsteuerschaltung nach der vorliegenden Erfindung bei dem Motor eines Video-Bandaufnahmegerätes verwendet wird, kann infolgedessen diese Schaltung für Video-Bandmitschneider in einer genauen, und trotzdem nicht komplizierten Art verwendet werden.

Es ist ferner ersichtlich, daß ein Motor unter Verwendung einer StoppSteuerschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung als Abstückungsantrieb ohne schwierige Abänderungen Verwendung finden kann.

Die erfindungsgemäße Schaltung hat ferner die Wirkung einer Herabsetzung des Stromverbrauches, da der elektrische Strom nioht von der Antriebsschaltung 60 fließt, wenn der Motor an einem der stabilen Stoppunkte P_Q oder P-,, Pp usw. gestoppt wird.

Es ist selbstverständlich auch möglich, die erfindungsgemäße Schaltung in Verbindung mit einer zusätzlichen Schaltung bzw. einem Schaltkreis vorzusehen, der dem Schaltkreis 87 oder 87' ähnlich ist und zwischen den steuerbaren Schalter 90 und die Antriebsschaltung 60 geschaltet ist. In solchem Falle würde eine Gleichstromspannung an einen der Eingänge des zusätzlichen Schaltkreises angelegt werden, so daß das Bremsdrehmoment, d.h. das Drehmoment, das in der umgekehrten Drehrichtung angelegt ist, an den Motor 10 angelegt werden würde. Der zusätzliche Schaltkreis würde normalerweise in einen solchen Zustand gebracht werden, um den Ausgang des steuerbaren Schalters 90 der Antriebsschaltung 60 zuzuführen. Wenn jedoch ein Stoppbefehlsignal S zunächst angelegt wird, würde der zusätzliche Schaltkreis auf die Gleichstromspannung umgeschaltet werden, um ein Bremsdrehmoment an den Motor anzulegen. Nach einem kurzen Intervall, wenn die Drehzahl des Motors 10 eine vorbestimmte Drehzahl unterschreitet, würde der zusätzliche Schaltkreis zurück zum normalen Eingang umgeschaltet, wobei der Stoppsteuervorgang wie bei einer beliebigen der vorherigen Ausführungsformen durchgeführt werden kann.

Die Phasensignale PG und FGS müssen ferner nicht ausschließlich durch magnetische Einrichtungen erzeugt werden. Das heißt, es ist möglich, beispielsweise die Drehstellung der Motorwelle 20 optisch oder elektrostatisch zu bestimmen, solange der Drehungsdetektor ein Gleichstromausgangssignal erzeugt, um die Drehphase des Motors 10 anzuzeigen, und zwar sogar dann, wenn der Motor gestoppt ist.

Der Patentanwalt:

Claims

.- u uirr

SONY COBPORATION

7-35 Kitashinagawa 6-ohorae,

Shinagawa-ku

Tokyo/JAPAN

l.j Steuerschaltung zum Stoppen oder Abstellen bürstenloser Gleichstrommotoren mit einer Antriebsschaltung für zweiseitig gerichtete Drehung zum Anlegen elektrischen Stromes an den Gleichstrommotor in jeweils einer von zwei entgegengesetzten Eichtungen, einer Servoschaltung zum Senden eines Servoausgangssignals an die Antriebsschaltung zur Steuerung der Phase und Drehzahl des Gleichstrommotors und mit einem diesem zugeordneten Drehungsdetektor zur Erzeugung eines Phasensignals, dessen Größe und Polarität den elektrischen Drehwinkel des Gleichstrommotors anzeigen, dadurch gekennzeichnet , daß ein Eingang einer Verstärkerschaltung (80; 80'; 80") mit dem Drehungsdetektor (40; 41, 42) verbunden ist und diese Verstärkungsschaltung eine Ausgangsspannung (D„; D_Mf D'm) erzeugt, die sich mit den Phasensignalen (FGj PG, FGS) ändert, und daß die Eingänge eines steuerbaren Schalters (90) mit der Servoschaltung (70) und mit der Verstärkerschaltung (80j 80'; 80") verbunden sind, während ein Ausgang dieses Schalters (90) mit der Antriebsschaltung (60) verbunden ist, wobei dieser normalerweise das Servoausgangssignal (S_) der Antriebsschaltung (60) zuführt, jedoch nach einem Abstelloder Stoppbefehl (S ) stattdessen die Ausgangsspannung an die Antriebsschaltung (60) anlegt, um den Gleichstrommotor (10) abzustellen oder zu stoppen.
2. Steuerschaltung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß der Drehungsdetektor ein erstes (41) und ein zweites Detektorelement (42) aufweist, die durch einen elektrischen Winkel eines ungeraden Vielfachen von *r voneinander versetzt sind, und daß die Verstärkerschaltung einen invertierenden (81') und einen nichtinvertierenden Verstärker (83) aufweist, wobei je ein Eingang dieser Verstärker mit dem ersten Detektorelement (41) verbunden ist, sowie einen Schaltkreis (87), dessen Eingänge mit Ausgängen des invertierenden Verstärkers (81¹) bzw. des nichtinvertierenden Verstärkers verbunden sind, und je einen Ausgang, der mit einem Eingang des steuerbaren Schalters (90) verbunden ist, sowie einen Vergleicher (85) mit einem mit einer BezugsSpannungsquelle (86) verbundenen ersten Eingang (+), einem mit dem zweiten Detektorelement (42) verbundenen zweiten Eingang (-) und einem mit einer Steueranschlußklemme des Schaltkreises (87) verbundenen Ausgang.
3. Steuerschaltung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß der Drehungsdetektor ein erstes Detektorelement (41') und ein zweites Detektorelement (42') aufweist, die durch einen elektrischen Winkel eines ungeraden Vielfachen von "£ voneinander versetzt sind, und daß die Verstärkerschaltung (80") einen Differentialverstärker (181) mit an das erste (41') bzw. zweite Detektorelement (42') angeschlossenen Eingängen sowie mit einem Ausgang aufweist, sowie ferner einen Inverter (184) mit einem Ausgang und einem Eingang, die mit dem Ausgang des DifferentialVerstärkers (181) verbunden sind, einen Schaltkreis (87') mit an die Ausgänge des Differentialverstärkers (181) und des Inverters (184) angeschlossenen Eingängen und mit einem an den steuerbaren Schalter (90) angeschlossenen Ausgang sowie einen Vergleicher (85¹, 88) mit

einem mit einer Bezugsspannungsquelle (86) verbundenen ersten Eingang (+), einem gemeinsam mit dem ersten (41¹) und dem zweiten Detektorelement (42·) verbundenen zweiten Eingang (-) und einem mit einer Steueranschlußklemme des Schaltkreises (87') verbundenen Ausgang.
4. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 2 und 3» dadurch gekennzeichnet , daß die Bezugsspannungsquelle (86; 86') einen veränderlichen Widerstand mit einem den Raum zwischen zwei Spannungen (+V_n . -V_n„)

GC CC

überbrückenden Widerstandselement sowie einen mit dem ersten Eingang (+) des Vergleichers (85; 85') verbundenen Schleifers aufweist.
5. Steuerschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet , daß der Drehungsdetektor (40, 41, 42, 41", 42') ein Element aufweist, welches das Phasensignal ungeachtet dessen, ob sich der Motor (1.0) dreht oder abgestellt ist, erzeugt.